Лекция ИИ61 (1050251)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Лекция ИИ6

Использование ионизирующих излучений

в терапии и диагностике.

§1. Применение рентгеновского излучения в медицине

Одно из наиболее важных медицинских применений рентгеновского излучения – просвечивание внутренних органов с диагностической целью (рентгенодиагностика). Для неё используют фотоны с энергией порядка 60-120 кэВ. При этой энергии массовый коэффициент ослабления потока излучения в основном определяется фотоэффектом.

,

где  - плотность поглотителя, x – толщина поглощающего слоя. Значение _m обратно пропорционально третьей степени энергии фотона (т. е. пропорционально длине волны фотона в кубе - ³), в чем проявляется большая проникающая способность жесткого излучения, и третьей степени атомного номера вещества поглотителя:

,

где k – коэффициент пропорциональности.

Поглощение рентгеновских лучей почти не зависит от того, в каком соединении находится атом в веществе. Это позволяет сравнивать массовые коэффициенты ослабления, например, для кости Ca₃(PO₄)₂ и мягкой ткани (воды H₂O):

Существенное различие поглощения рентгеновского излучения (РИ) различными тканями позволяет в теневой проекции видеть изображение внутренних органов человека.

Е

Рис.2.1.

Схема установки для

рентгенодиагностики.

сли исследуемый орган и окружающие ткани примерно одинаково ослабляют РИ, то применяют специальные контрастные вещества. Например, для желудка и кишечника – это кашеобразная масса сульфата бария. При этом можно видеть их теневое изображение.

Рентгенодиагностику используют в двух вариантах: рентгеноскопия – изображение рассматривают на рентгенолюминесцирующем экране, рентгенография – изображение фиксируется на фотопленке. При массовом обследовании населения широко используется вариант рентгенографии – флюорография, при которой на чувствительной малоформатной пленке фиксируется изображение с большого рентгенолюминесцирующего экрана. При съемке используют линзу большой светосилы, готовые снимки рассматривают на специальном увеличителе.

Одним из вариантов рентгенографии является рентгеновская томография и рентгеновская компьютерная томография. Слово “томография” в переводе означает послойная запись. Томография позволяет получать послойные изображения тела на экране электронно-лучевой трубки или на бумаге с деталями меньше 2 мм при различии поглощения РИ до 0.1%. Это позволяет различать серое и белое вещество мозга и видеть очень маленькие опухолевые образования.

За открытие РИ В.К. Рентгену в 1901 г была присуждена Нобелевская премия. В 1979 г. аналогичную премию присудили Г. Хаунсфилду и Мак-Кормаку за разработку компьютерного рентгенотомографа.

С лечебной целью рентгеновское излучение применяют главным образом для уничтожения злокачественных образований – рентгенотерапия.

§2. Подбор рентгеновской аппаратуры для оптимизации

изображения различных биоструктур.

п. 1. Рентгеновская установка.

На рис. 2.1 показана схема рентгеновской установки для рентгенодиагностики. Квант A при рентгенодиагностике поглотится телом пациента, C, E – рассеянные кванты; B, D – кванты, прошедшие через тело без взаимодействия. Сетка препятствует попаданию рассеянного излучения на приёмник изображения.

Первичные кванты (B,D) регистрируются приемником и образуют изображение, а рассеянные создают фон, который ухудшает контрастность изображения. Полученное изображение является проекцией характеристики ослабления РИ во всех тканях, лежащих в направлении распространения РИ. Таким образом, изображение представляет собой двумерную проекцию трёхмерного распределения ослабления рентгеновских лучей в теле пациента.

Проникающая способность РИ растет с ростом энергии квантов и уменьшается с ростом толщины слоя биоткани.

При низкой проникающей способности лишь небольшая часть квантов доходит до приемника излучения, и радиационная нагрузка на ткани будет очень высокой. С другой стороны, если коэффициент прохождения излучения близок к единице, то различия в проникающей способности через разные ткани будут слишком малыми, а контраст изображения будет низким. Поэтому при выборе энергии квантов следует искать компромисс между требованием малой дозы облучения и высокого контраста изображения. Более высокие энергии квантов используются для получения изображения крупных органов.

Итак, контраст резко уменьшается с увеличением энергии квантов, т.е. для получения бόльшего контраста необходимо использовать излучение низкой энергии.

Еще один важный фактор – нерезкость рентгеновской системы излучения. Она обусловлена 1) наличием фокусного пятна от рентгеновской трубки, которое дает полутень на изображении (геометрическая нерезкость); 2) самим приемником; 3) движением пациента во время обследования. Последнее существенно при получении изображения движущихся органов (сердце и связанные с ним кровеносные сосуды).

Даже если система получения изображения обладает высоким контрастом и хорошим разрешением, в случае очень большого уровня шумов возникают серьезные проблемы идентификации даже крупных биоструктур.

Механизмы возникновения шумов в рентгеновском изображении:

1) флуктуация числа квантов, регистрируемых единицей площади поверхности приемника (квантовый шум);

2) флуктуации, обусловленные характеристиками приемника и системы отображения.

Уровень квантового шума можно снизить за счет увеличения числа квантов, формирующих изображение. Однако при этом растет также и доза облучения пациента, следовательно, необходимо принимать во внимание соотношение между двумя этими величинами.

п. 2. Рентгеновские трубки: целевое использование.

Рентгеновские трубки состоят из наполненного маслом кожуха с колбой в виде вакуумированного сосуда из термостойкого стекла, внутри которого размещены накаливаемый катод и анод.

Катод накаливается за счёт прохождения через вольфрамовую спираль электрического тока, в результате чего создается узконаправленный поток электронов, ускоряемый разностью потенциалов в 25-150 кВ и бомбардирующий анод. Менее 1% энергии, передаваемой электронами аноду, преобразуется в рентгеновское излучение. Некоторая часть РИ проходит через выходные окна колбы кожуха и используется в рентгенографии, остальная часть поглощается кожухом трубки. Вся конструкция трубки устанавливается на штативе и снабжена коллиматором, так что размеры и направление рентгеновского луча можно изменять по необходимости.

Форма спектра РИ зависит от материала анода, величины и формы прикладываемого к трубке напряжения, а также от характеристики фильтров, помещаемых на пути прохождения РИ.

Трубки с вольфрамовым анодом целесообразно использовать для получения изображения более массивных участков тела благодаря высокому энергетическому выходу рентгеновских лучей для вольфрама. Молибден дает РИ с более низкой энергией, которая лучше подходит для получения контрастных изображений более тонких частей тела. Если излучение слишком “мягкое”, то низкоэнергетические кванты будут давать вклад лишь в дозу облучения и не будут обеспечивать высокий контраст изображения, поэтому важно, чтобы такие кванты были отфильтрованы прежде, чем они достигнут тела пациента. Это реализуется путем введения алюминиевого или медного фильтра.

Размеры фокального пятна в рентгенографических устройствах общего применения со сдвоенным фокусом составляют 0,61,0 мм. Нерезкость, обусловленная приемником на основе рентгеновской пленки, - 0,10,2 мм.

п. 3. Приемники изображения в рентгеновских установках.

Приемники изображения различаются способом преобразования падающего распределения энергии в какую-либо другую форму, воспринимаемую человеческим глазом.

Рентгеновская плёнка прямого экспонирования имеет высокий контраст в изображении и максимальное разрешение. Применяется в тех случаях, когда эти показатели более важны, чем относительно высокая общая доза облучения (кисти рук, зубы).

Система “экран-пленка” обладает более высокой скоростью экспонирования, но худшим разрешением. Применяется, когда ограничение дозы облучения более важно, чем потеря мелких деталей в изображении.

Усилитель рентгеновского изображения (рис.2.2). Доза облучения минимизирована, однако при этом возникает дополнительная нерезкость и шум, превышающий соответствующие значения для системы “экран-пленка”. Используется для исследования процессов движения, течения и заполнения в организме.

После прохождение через входное металлическое окно рентгеновские фотоны бомбардируют поверхность флуоресцирующего экрана, располагающегося на внутренней поверхности окна. Фотоны, испускаемые этим экраном бомбардируют фотокатод, в результате чего образуются фотоэлектроны, которые в свою очередь ускоряются разностью потенциалов 20-30 кВ и фокусируются электронно-оптической системой на выходной флуоресцирующий экран. Диаметр входного экрана 12,535 (до 57) см, диаметр выходного экрана около 2,5 см, и это уменьшение изображения, связанное с ускорением электронов, гарантирует очень высокое усиление светового потока в усилителе изображения. Это изображение регистрируется на фотопленке или с помощью телекамеры.

Фокусирующие электроды предназначены для уменьшения размера изображения с минимальными искажениями. Выходной экран с люминофором должен иметь высокое разрешение, но при этом он всё же будет вносить значительный вклад в нерезкость изображения из-за уменьшения его размера. Кроме того, происходит потеря контраста и возникновение бликов из-за рассеяния и преломления светового излучения в люминофоре выходного экрана.

Преимущество использования высокого фотонного усиления в усилителях изображения – малое время экспозиции при получении изображения (высокое быстродействие).

Ц
ифровые системы обладают следующими преимуществами: цифровое отображение изображения; пониженная доза облучения; цифровая обработка изображений; цифровое хранение и улучшение качества изображений.

п. 4. Принципы рентгеновской трансмиссионной компьютерной

томографии. Разрешающая способность метода.

Как было уже сказано ранее, с помощью обычной рентгенографии легко различить костную и мышечную ткань, трахею, заполненную воздухом. Однако различить кровь в кровеносных сосудах и структуры мягких тканей с помощью обычной рентгеновской пленки с контрастным разрешением 2% не удается.

П

Рис.2.2.

Схема усилителя рентгеновского изображения.

ри применении обычной рентгенографии теряется информация о трехмерной структуре изучаемого объекта.

Р ентгеновское изображение, полученное с помощью компьютерной томографии (КТ), представляет собой изображение некоторого среза толщиной в несколько миллиметров с пространственным разрешением порядка 1 мм и разрешением по плотности (коэффициенту линейного поглощения) лучше 1%.

КТ-сканер – это аппарат с большим отверстием, внутрь которого помещается тело или голова пациента для того, чтобы получить изображение (рис.2.3). Источник формирует остронаправленный пучок рентгеновских лучей, параметры которых потом измеряются детектором. Эта пара источник-приемник последовательно измеряет параллельные проекции, перемещаясь линейно поперёк тела пациента. После снятия каждой проекции рама, на которой размещены источник и детектор, поворачивается на некоторый угол для получения следующей проекции. Время функционирования такой системы довольно велико – около 4 минут.

КТ-сканер 4-го поколения оснащен стационарным кольцом из 1000 детекторов, а вращается только один источник, который создает веерный пучок РИ (раствор пучка перекрывает ширину объекта) в непрерывном режиме сканирования. Время обследования около 0,1 с, что позволяет “замораживать” изображения движения фаз сердца и пр.

Аппараты 5-го поколения не имеют движущихся частей (рис.2.4). Мишень рентгеновской трубки имеет форму дуги окружности величиной 210. Пациент помещается в центр этой дуги, а эффективный рентгеновский источник заставляют двигаться по поверхности мишени. При этом время сканирования можно снизить до миллисекунд.

В системе компьютерного томографа имеется также компьютер, управляющий работой механической части и обрабатывающий полученные данные, и выносная консоль, обеспечивающая визуализацию информации.

п. 5. Способы уменьшения доз облучения.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций